KR20090055415A - 기판의 초음파 세정장치 - Google Patents

Abstract

복수의 기판에 대해 균일하게 세정할 수 있는 초음파 세정장치가 개시된다. 초음파 세정장치는 기판에 대한 세정이 수행되는 처리조 내로 초음파를 발생시키는 초음파 발생부와, 세정액에 대해 기판이 수직으로 침지 시킬 수 있도록 복수의 기판을 지지하는 가이드 유닛을 포함하고, 상기 가이드 유닛에서 최외각에 배치된 기판과 상기 처리조의 내벽면 사이에 배치되어 상기 기판을 균일하게 세정하기 위한 더미블록을 포함한다. 따라서, 가이드 유닛에 수용되는 복수의 기판에 대해 모두 균일한 세정 효과를 얻을 수 있다.

초음파 세정, 가이드 유닛, 더미블록

Description

기판의 초음파 세정장치{MEGASONIC CLEANING APPARATUS FOR SUBSTRATE}

본 발명은 기판의 초음파 세정장치에 관한 것으로서, 가이드 유닛에 지지되는 복수의 기판에 대해 균일한 세정 효과를 얻을 수 있는 초음파 세정장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판에 증착, 포토리소그래피(photolithography), 식각, 화학적 기계적 연마, 세정, 건조 등과 같은 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로써 제조된다.

각각의 단위 공정들을 수행하는 동안 반도체 기판 표면에는 이물질 또는 불필요한 막과 같은 오염물질이 부착될 수 있다. 이와 같은 오염 물질은 제품의 수율 및 신뢰성에 악영향을 미치기 때문에 반도체 제조 공정에서는 기판에 부착된 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정이 수행된다. 최근 반도체 기판상에 형성되는 패턴이 미세화되고, 패턴의 종횡비(aspect ratio)가 커짐에 따라 점차 세정 공정의 중요도가 높아지고 있다.

세정 공정을 수행하는 장치는 다수의 반도체 기판을 동시에 세정하는 배치식 세정장치(Batch Type Cleaning)와 낱장 단위로 반도체 기판을 세정하는 매엽식 세 정장치(Single Wafer Cleaning)로 구분된다.

일 예로, 세정공정을 수행하는 습식 세정장치(wet station)는 파티클, 유기오염, 자연 산화막, 이온성 불순물 등 다양한 오염물을 제거하기 위해 여러 가지 세정액이 사용되고, 세정액이 수용된 처리조에 다수의 반도체 기판을 일정시간 침지시킴으로써 세정 공정이 수행된다.

상기 세정장치의 세정 효율을 향상시키기 위해 세정액에 초음파 진동을 가하는 초음파 세정장치가 개시된다. 상기 세정액에 초음파를 발생시키면, 울트라소닉(Ultrasonic)은 공동현상(Cavitation)에 의해 오염이 제거되며, 울트라소닉보다 고주파수대인 메가소닉(Megasonic)은 거대 가속도에 의해 이물이 제거되는 효과를 나타낸다.

종래의 초음파 세정장치에서 세정효과는 세정으로 조사되는 초음파의 주파수가 큰 영향을 미친다. 그러나, 상기 초음파의 주파수가 같은 때는 상기 초음파의 발생원과 상기 기판 사이의 거리 등에 의해 영향을 받게 된다.

특히, 종래의 세정장치는 복수의 웨이퍼를 동시에 세정하기 위해서 복수의 웨이퍼가 수용되는 가이드 유닛을 포함한다. 상기 가이드 유닛은 상기 각 기판이 수용되는 복수의 슬롯(Slot)이 형성되고, 상기 기판은 상기 슬롯에 각각 수용되어 상기 중력 방향을 따라 수직으로 세워서 수용된다.

한편, 종래의 초음파 세정장치에서는 상기 각 기판 사이의 간격이 달라지면 각 기판의 표면에 작용되는 초음파의 에너지가 다르게 전달된다. 따라서, 종래의 초음파 세정장치는 상기 기판은 동일한 간격으로 가이드 유닛에 수용된다.

그런데, 상기 가이드 유닛에서 최외측에 수용된 기판은 일측면에는 기판과 이웃하여 배치되므로 다른 기판들과 동일한 세정효과를 얻을 수 있다. 그러나, 상기 최외측에 수용된 기판의 타측면에는 이웃하는 기판이 없고, 상기 처리조의 벽면에 대향되게 배치된다.

특히, 상기 가이드 유닛에서 상기 기판들 사이의 거리보다 상기 최외측 기판과 상기 처리조 사이의 거리가 더 멀어서, 상기 최외측 기판은 세정이 균일하게 수행되지 못하는 문제점이 있다. 즉, 상기 최말단 기판이 처리조의 벽면에 대응되는 면에는 초음파 에너지가 다른 기판들에 비해 충분하게 전달되지 못하여, 상기 최말단 기판의 세정 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가이드 유닛의 최말단 외각에 더미블록을 구비함으로써 최말단의 기판까지 균일하게 세정할 수 있는 기판의 초음파 세정장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 초음파 세정장치는 기판에 대한 세정이 수행되는 처리조, 상기 처리조 내로 초음파를 발생시키는 초음파 발생부, 상기 처리조 내에서 복수의 기판을 일정 간격으로 이격되게 지지하되, 상기 기판을 중력에 대해 수직 방향으로 세워서 지지하는 가이드 유닛 및 상기 가이드 유닛에서 최외각에 배치된 제1 기판과 상기 처리조의 내벽면 사이에 배치되도록 상기 가이드 유닛에 구비된 더미블록을 포함한다.

실시예에서, 상기 더미블록은 상기 복수의 기판 사이의 간격과 동일한 간격으로 상기 제1 기판과 이격되도록 구비된다.

실시예에서, 상기 더미블록은 상기 기판과 동일한 형태를 갖는다. 또한, 상기 더미블록은 내약품성과 내식성이 우수한 불소수지의 재질로 형성된다.

실시예에서, 상기 더미블록은 상기 가이드 유닛의 적어도 일측 단부에 구비된다.

실시예에서, 상기 초음파 발생부는 복수의 진동자를 포함한다. 또는, 상기 초음파 발생부는 적어도 하나 이상의 주파수대의 초음파를 발생시키는 복수의 진동 자를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 초음파 세정장치는 가이드 유닛의 최말단부에 배치되는 제1 기판과 인접하여 더미블록을 구비함으로써 상기 제1 기판까지 균일한 초음파 세정 효과를 얻을 수 있어서 세정력과 세정 효율을 향상시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치를 설명하기 위한 측단면도들이다. 도 3은 도 1 또는 도 2의 가이드 유닛(120)을 설명하기 위한 측면도이고, 도 4는 도 3의 가이드 유닛의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.

이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치에 대해 상세히 설명한다.

도면을 참조하면, 초음파 세정장치(100)는 처리조(111), 외조(112), 초음파 발생부(130) 및 가이드 유닛(120)을 포함한다.

상기 처리조(111)는 여러 가지 약액이 일정 비율로 혼합된 소정의 세정액이 수용된다. 그리고, 상기 세정액 내에 기판(10)을 소정 시간 침지시킴으로써, 상기 기판(10)을 세정한다.

예를 들어, 상기 세정액은 불산(HF), SC1(standard cleaning 1) 등과 같은 소정의 용액이다. 그리고, 상기 세정액은 상기 기판(10) 표면과 화학적으로 반응함으로써, 상기 기판(10) 표면에 부착되어 있던 파티클과 오염물질을 제거하여 실질적인 세정 공정이 수행된다.

상기 외조(112)는 상기 처리조(111)의 외측에 구비되고, 상기 처리조(111)에서 오버플로우(over flow)되는 세정액을 수용할 수 있도록, 상기 처리조(111)의 외측 둘레를 따라 구비된다. 그리고, 상기 외조(112)에는 상기 외조(112)에 수용된 세정액을 상기 처리조(111)로 재공급하여 순환시키기 위한 순환수단(미도시)이 구비된다.

상기 초음파 발생부(130)는 상기 처리조(111)에 구비되어 상기 처리조(111) 내의 세정액으로 소정 주파수대의 초음파를 발생시킨다. 그리고, 상기 초음파 발생부(130)는 소정의 주파수로 진동함으로써 초음파를 발생시키는 진동자(31)와, 상기 진동자(31)에 전원을 인가하여 상기 진동자(31)를 진동시키는 제어부(35)를 포함한다.

예를 들어, 상기 진동자(31)는 상기 처리조(111) 저면에 부착되고, 상기 제어부(35)에서 전원이 인가되면 진동하여 상기 처리조(111) 내의 세정액을 진동시킨다. 그리고, 상기 진동자(31)는 상기 기판(10) 표면에서 미세한 입자의 파티클을 제거할 수 있도록 1 ㎒ 이상의 초음파를 발생시킬 수 있다.

상기 진동자(31)는 상기 처리조(111) 저면에 복수개 구비된다. 따라서, 상기 복수의 기판(10)으로 균일하게 초음파가 전달된다.

도 4를 참조하면, 상기 초음파 발생부(130)는 상기 처리조(111) 저면에 구비되어, 상기 처리조(111)의 하부에서 상부로 향하는 진동 흐름을 발생시킨다. 그리고, 상기 초음파 발생부(130)에서 발생된 초음파는 상기 기판(10) 사이를 통과하면서 상기 기판(10)에 평행한 방향으로 진행되고, 상기 기판(10) 표면으로 초음파 에너지를 전달한다.

여기서, 상기 진동발생부(130)는 서로 다른 주파수대의 초음파를 발생시킬 수 있도록 복수의 진동자가 구비될 수 있다.

상기 가이드 유닛(120)은 복수의 기판(10)이 안착되는 복수의 슬롯(121)이 형성된다. 상기 가이드 유닛(120)은 상기 기판(10)을 상기 세정액에 수직으로 침지시킬 수 있도록 상기 슬롯(121)이 형성된다. 즉, 상기 슬롯(121)은 상기 기판(10)이 중력 방향으로 세워져서 수용되도록 상기 기판(10)의 에지부가 안착되도록 형성된다.

상기 슬롯(121)은 수용된 기판(10) 사이가 일정 간격 이격되도록 상기 가이드 유닛(120)을 따라 소정 간격으로 형성된다. 예를 들어, 상기 슬롯(121)은 동일한 간격으로 이격되게 형성된다. 따라서, 상기 기판(10)은 서로 평행하게 상기 슬롯(121)에 수용된다. 이하, 상기 슬롯(121)에 수용된 서로 이웃하는 기판(10) 사이의 간격을 제1 피치(P1)이라 한다.

상기 가이드 유닛(120)은 동시에 복수의 기판(10)이 수용되어 지지된다. 예를 들어, 상기 가이드 유닛(120)은 25장의 기판(10)이 수용된다.

여기서, 상기 가이드 유닛(120)에 수용된 25 장의 기판(10) 중에서 양측 단부에 수용된 기판(10)을 각각 제1 기판(11)과 제2 기판(12)이라 한다. 즉, 상기 제1 기판(11)은 상기 가이드 유닛(120)에 수용된 첫번째 기판이고, 상기 제2 기판(12)은 25번째 기판이 된다.

한편, 상기 기판(10)은 반도체 소자가 형성될 전면과 그 이면인 후면으로 이루어지고, 상기 기판(10)의 전면이 동일한 방향으로 배치되도록 상기 가이드 유닛(120)에 수용된다. 예를 들어, 상기 제1 기판(11)의 전면은 상기 처리조(111)의 벽면을 향한다.

상기 가이드 유닛(120)의 적어도 일측 단부에는 상기 더미블록(150)이 구비된다. 예를 들어, 상기 더미블록(150)은 상기 제1 기판(11)과 상기 처리조(111)의 벽면 사이에 구비된다. 또는, 상기 더미블록(150)은 제2 기판(12)의 외측으로 구비될 수도 있으며, 상기 제1 기판(11)과 상기 제2 기판(12) 외측에 각각 구비되는 것도 가능할 것이다.

그러나, 본 실시예에서는 상기 기판(10)의 후면 보다는 전면에 대한 세정이 효과적으로 이루어지는 것을 목적으로 한다. 따라서, 상기 더미블록(150)은 상기 기판(10)의 전면이 상기 처리조(111)의 벽면을 향하도록 수용된 기판(10)의 외측에 구비되는 것이 바람직하며, 상기 더미블록(150)은 해당 위치에서의 기판(10)의 전면으로 초음파 에너지가 효과적으로 전달되도록 한다.

상세하게는, 상기 더미블록(150)은 상기 기판(10)과 동일한 크기로 형성되고, 상기 제1 기판(11)과 소정 간격(P2) 이격되게 구비된다.

특히, 상기 제1 기판(11)에 대한 세정이 균일하게 이루어질 수 있도록, 상기 더미블록(150)은 상기 제1 기판(11)의 전면 외측에 구비되고, 상기 제1 기판(11)과 상기 제1 피치(P1)만큼 이격된다. 따라서, 상기 제1 기판(11)과 상기 더미블록(150) 사이의 간격(P2)가 상기 제1 피치(P1)와 동일하므로, 상기 제1 기판(11)의 전면 역시 다른 기판들과 동일한 정도로 초음파 세정이 이루어진다.

상기 더미블록(150)은 상기 세정액 내에 침지되어 상기 기판(10)들과 동일하게 세정 공정이 수행되므로, 상기 세정액에 의해 침식되거나 화학 반응이 발생되지 않는 재질로 형성된다. 예를 들어, 상기 더미블록(150)은 내약품성, 내열성이 뛰어나고 기계적 강도가 높은 불소수지 재질로 형성된다. 상기 더미블록(150)은 4불화에틸렌(perfluoroalkoxy, PFA) 재질 또는 불화 염화비닐수지(polyvinylidene fluoride, PVDF) 재질로 형성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치의 세정 효과를 보여주기 위한 그래프이고, 도 5는 도 6의 비교예로서, 종래의 초음파 세정장치의 세정 결과를 보여주는 그래프이다.

도 5와 도 6에서, 상기 기판에 대한 세정 결과는 파티클의 수로 측정할 수 있다. 즉, 도 5와 도 6에서 x축은 상기 가이드 유닛에 수용된 각각의 기판들이고, y축은 상기 기판을 세정 후 상기 각 기판의 표면에서 크기가 0.065㎛ 이하의 크기를 갖는 입자의 개수를 나타내는 그래프이다.

도 5와 도 6을 비교하여 보면, 상기 가이드 유닛(120)에 수용된 기판(10)은 양측 단부에 배치된 기판이나 중앙 부분에 배치된 기판들 모두 비슷한 정도로 세정되었음을 알 수 있다. 특히, 종래에는 최말단인 25번째 기판에 대한 세정 효과가 현저하게 저하되었으나, 본 실시예에 따르면 25번째 기판에 대한 세정 효과가 다른 기판들과 비슷한 정도로 향상되었음을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치를 설명하기 위한 제1 방향에서의 측단면도;

도 2는 도 1의 초음파 세정장치의 제2 방향에서의 측단면도;

도 3은 도 2의 초음파 세정장치의 가이드 유닛을 설명하기 위한 측면도;

도 4는 도 1의 초음파 세정장치의 동작을 설명하기 위한 모식도;

도 5는 종래의 초음파 세정장치의 세정 결과를 보여주는 그래프;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 세정장치의 세정 결과를 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 11: 제1 기판

12: 제2 기판 100: 초음파 세정장치

111: 처리조 112: 외조

120: 가이드 유닛 121: 슬롯

130: 초음파 발생부 131: 진동자

135: 제어부 150: 더미블록

P1, P2: 피치

Claims (6)

1. 기판에 대한 세정이 수행되는 처리조;

   상기 처리조 내로 초음파를 발생시키는 초음파 발생부;

   상기 처리조 내에서 복수의 기판을 일정 간격으로 이격되게 지지하되, 상기 기판을 세정액에 대해 수직으로 침지시킬 수 있도록 수직 방향으로 세워서 지지하는 가이드 유닛; 및

   상기 가이드 유닛에서 최외각에 배치된 기판과 상기 처리조의 내벽면 사이에 배치되도록 상기 가이드 유닛에 구비된 더미블록;

   을 포함하는 기판의 초음파 세정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 더미블록은 상기 복수의 기판 사이의 간격과 동일한 간격으로 상기 최외각의 기판과 이격되어 구비된 것을 특징으로 하는 기판의 초음파 세정장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 더미블록은 상기 기판과 동일한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 초음파 세정장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 더미블록은 불소수지류의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 기판의 초음파 세정장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 더미블록은 상기 가이드 유닛의 적어도 일측 단부에 구비된 것을 특징으로 하는 기판의 초음파 세정장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 발생부는 적어도 하나 이상의 주파수대의 초음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 기판의 초음파 세정장치.

Images